EOF分解在分类问题上的应用

EOF分解能够将n维空间的问题转化成P维空间(P≤n),在此情况下,我们证明了“对原始资料的聚类,完全等价于对其时间系数的聚类。”详细论述了此种方法的物理及几何意义。     

近50a江淮梅雨的区域特征

利用江淮地区44个站1954-2003年50 a逐日降水资料,采用模糊聚类、经验正交函数分解(EOF)、谐波分析和小波分析等方法分析了江淮梅雨期梅雨量的时空变化特征.结果表明:江淮地区梅雨量的空间分布存在显著不同的区域差异,可以分为南、北两个区.梅雨量具有显著的年际和年代际变化特征,南区候平均雨量峰值出现在6月第5候,北区峰值出现在7月第1候,副高脊线的两次北跳分别与江淮梅雨的平均入梅日期(6月第4候)和平均出梅日期(7月第2候)密切有关;南区梅雨量长期变化呈显著的上升趋势,而北区变化不明显;南北两区梅雨量具有显著不同的年际和年代际方差构成.南北两区梅雨量均存在多时间尺度的振荡周期.副热带高压和季风环流的异常直接影响到江淮梅雨期梅雨量的丰枯.     

韶关地区春季降水的时空变化特征

根据韶关地区8个国家气象观测站1965-2011年共47年逐日降水观测资料,采用经验正交函数(EOF)分解和Morlet小波变换方法,分析了韶关地区近47年春季降水变化特征.结果表明,前3个特征向量占总方差的94.38％,基本上反映了韶关地区春季降水空间分布场的主要特征,其中第1模态为总体一致型,第2模态为南-北差异型,第3模态为东南-中-西北差异型.韶关春季降水空间分布可分为3个区即南部区:新丰、翁源;中部区:乳源、曲江、仁化、始兴和南雄;北部区:乐昌,分区略呈西南-东北走向.EOF分解的空间场第1模态时间系数能基本反映原场随时间的演变趋势,其时间系数Morlet小波分析显示韶关地区春季降水年际变化明显,主要存在2～3年的周期振荡.     

韶关地区春季降水的时空变化特征

根据韶关地区8个国家气象观测站1965～2011年共47年逐日降水观测资料,采用经验正交函数(EOF)分解和Morlet小波变换方法,分析了韶关地区近47年春季降水变化特征。结果表明,前3个特征向量占总方差的94.38%,基本上反映了韶关地区春季降水空间分布场的主要特征,其中第1模态为总体一致型,第2模态为南-北差异型,第3模态为东南-中-西北差异型。韶关春季降水空间分布可分为3个区,即南部区:新丰、翁源;中部区:乳源、曲江、仁化、始兴和南雄;北部区:乐昌,分区略呈西南-东北走向。EOF分解的空间场第1模态时间系数能基本反映原场随时间的演变趋势,其时间系数Morlet小波分析显示韶关地区春季降水年际变化明显,主要存在2～3年的周期振荡。     

1954—2007年云南农业气候变化研究

为弄清主要农业气候要素和农业气候年型变化规律和特征.基于多站点气候资料,对表征云南农业气候特点的17个初选气候因子,进行经验正交(EOF)分解提取主成分因子,再应用系统聚类法划分农业气候年型.结果得到7个相互独立的主成分因子和6种农业气候年型,可客观表述云南主要农业气候变化特征.1954年以来云南农业主要生长季气候变暖趋势明显;降水量和日照时数比气温年际波动大,日照变化又比降水量明显;春旱强度有减弱的趋势,阴雨寡照逐渐加重;1990年代中期以来气候变暖明显加剧,同时日照时数波动振幅大、夏季雨量有递减趋势;1995年以来云南主要受两种农业气候年型影响,1999-2007年的主要气候年型在1950年代、1960年代和1970年代均未曾出现.气候变化对农业的利弊影响都十分显著.     

基于集合经验模态分解的新疆地区温度场预测评估

综合运用经验正交分解法(EOF),集合经验模态分解(EEMD)和最小二乘支持向量机（LS SVM）,构建新疆地区候平均温度距平场预测模型。采用EEMD分别对经过EOF分解得到的前3个模态的时间系数进行分解,对分解得到的结果运用最小二乘支持向量机进行预测并重构得到了各个时间系数的预测结果,将时间系数预测的结果与空间场重构得到了候平均温度距平场的计算结果,在候平均的基础上计算得到了旬平均的结果,在旬平均的基础上计算得到了月平均的结果。通过采用距平相关系数(ACC〖WTBZ〗),预报技巧(SS)〖WTBZ〗和同号率对结果进行评估显示,对于候平均预测,其在前20候内的预测较为理想,平均ACC〖WTBZ〗达到了0.32,平均SS〖WTBZ〗达到了0.70,平均同号率达到了0.80。对于旬平均的预测,其在前10旬内较为理想,10旬以内平均ACC〖WTBZ〗达到了0.50,平均SS〖WTBZ〗达到了0.50,平均同号率达到了0.50。对于月平均的预测,3个月的预测平均ACC〖WTBZ〗达到了0.50,平均SS〖WTBZ〗达到了0.50,平均同号率达到了0.80。3个月内的短期气候预测具有较高的水平。     

1961—2007年重庆风速的气候变化特征

利用重庆地区34个常规气象观测站的1961—2007年共47 a的常规风速观测资料,采用线性趋势拟合、变化速率计算、EOF分解等方法,研究了重庆地区平均风速的时空气候变化特征。结果表明,重庆地区逐年平均风速呈现＂春季大,秋冬小＂型,47 a来各季和全年的平均风速均是显著减弱的,在20世纪70年代中前期之后出现显著的下降趋势;平均风速呈现出＂全场一致＂与＂东西反位相＂的气候变化形势,其中风速减弱的整体性变化是第一位的。     

中国东部夏季主要降水型与高原春季热力因子间的关系

采用中国地面气象观测站2 474个站的降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,利用经验正交函数展开、相关分析和小波分析等方法,探讨了中国东部夏季主要降水型与春季高原大气视热源之间的可能相关特征,并初步分析了前春高原大气加热对东部夏季降水异常分布的影响机制。降水EOF分析表明,中国东部夏季降水主要分为:华南—江淮型和长江中下游型;相关和周期分析表明,300 hPa和400 hPa高原南部地区、500 hPa高原北部地区视热源与华南—江淮降水型之间相关显著,3个区域视热源均与华南降水呈负相关,且与江淮降水呈正相关;200 hPa高原偏北地区、500 hPa高原东部地区视热源与长江中下游地区降水呈负相关,而500 hPa高原西部地区视热源则与长江中下游降水呈正相关关系。以上春季高原不同高度关键区域的视热源可为预报夏季降水提供重要判据;从视热源与各个降水中心的相关特征可见,春季高原上空视热源加热场结构会影响中国东部夏季雨带南北位置的分布情况。由春至夏高原加热的"气泵"作用,使得由孟加拉湾和南海地区水汽输送经高原东部地区后,折向东输送至中国大陆东部地区。加热偏强时,水汽向北输送分量加强,雨带偏北,降水"南少北多",反之亦然。     

中国西北春季降水与太平洋海温的相关特征

我们用奇异值分解 (SVD-Singular Value of Documents) 方法客观地析离出同期和前期北太平洋海温场与我国西北地区春季降水的高相关区, 分析两个场之间的相关关系。并对高相关区的预报指示意义进行了讨论。     

吉林省降雪期的气候特征机理研究

利用吉林省46个气象观测站1962-2012年降雪期(11月至翌年3月)逐日降雪量资料,采用EOF(经验正交函数)方法,对吉林省近50a冬季降雪期的气候特征机理进行了研究。结果表明:影响吉林省降雪量第一模态海温关键区在前期各季基本是一致的;影响吉林省降雪量第一模态因素有,前秋亲潮区海温偏高,导致阻塞形势的建立,前秋亲潮区海温年代际分量偏高,冬季风偏弱,有利于东南气流将水汽输送至东北地区;前秋PDO(太平洋年代际振荡)指数年代际分量异常,激发出后期冬季的PNA遥相关型,PNA遥相关型通过与蒙古高压的对应关系,从而与吉林省降雪量第二模态产生联系。     

新疆气候变化特征及气候分区方法研究

为了探讨考虑气候变化影响的气候区划方法,选用新疆88站年平均气温和降水量的45年(1961-2005)平均值及其均方差为气候分区的4个基本因子,以各站之间的相似系数构建模糊矩阵,进行模糊聚类分析.按不同聚类水平,区划出北疆、南疆、天山山区等气候类型,还细致刻画出干寒山区、典型风区等特殊气候类别.区划结果与天气气候特征和地理景观吻合好,在此基础上确定了新疆气候业务的3个区域及其代表站.区划结果也为其它专业区划奠定了基础.     

夏季东亚季风区500 hPa月环流异常及与我国降水关系的向量EOF分析

利用NCEP/NCAR1980～1997年夏季月平均风场及同时期我国160个测站月平均降水资料，讨论了运用向量经验正交展开(EOF)方法得到的流场月距平主要模态的时空变化特征。分析了主要模态与中国夏季降水(雨型)的相关分布，指出EOFl及EOF2模态与中国夏季降水最主要分布型式有很好的对应关系。用小波变换方法对主要模态的时间系数进行了分析，揭示了各模态的多时间尺度性质，发现3～6年周期振荡是主要的。     

河南省春季和秋季降水时空变化的特征研究

进行人工增雨作业和规划必须了解目标地区的气候背景,才能有较好的作业效果,因此根据河南省1971～2001年114个气象站点4月和10月的降水资料,采用具有分类显著性检验的聚类统计检验分析方法进行分区,并在此基础上对降水距平百分率、降水强度和雨日数等参数作分析,研究其各分区降水的时、空变化特征和演变规律.结果表明:(1)河南省4月和10月降水量和雨日数具有明显的区域性分布特征,均呈现北少南多、东北少西南多的特点;月平均降水量从北向南增大主要是雨日数从北向南的增加起决定性的作用,其中以中雨雨日数的增加起主导作用.(2)4月各分区降水量和雨日数的年际演变趋势均呈减少趋势;10月各分区的降水量呈减少趋势,但雨日数的年际演变呈现不同的趋势,个别分区强度较小降水(小雨和中雨)的雨日数呈增加趋势.(3)从旱涝年份情况上看,4月和10月各分区在31年中均以干旱、少雨年居多,并且均以无降水日、小雨雨日占多数.其中,4月河南省最北部的分区(分区1)和最南部的分区(分区5)是干旱年出现最为频繁的区域,其余分区干旱年出现的频数较接近;各等级强度降水的雨日数均以分区5最多,以分区1最少;10月河南最北部的分区(分区1)是旱涝年发生最为频繁的区域,其余分区旱涝年出现频数较接近,各等级强度降水的日数均以河南最南部的分区(分区4)最多,而分区1最少.这些结果对河南省开展人工增雨作业布局规划和人工增雨效果检验是有重要参考价值的.     

东北地区夏季土壤湿度垂直结构的时空分布特征

借助于概率密度函数(PDF)拟合和经验正交函数(EOF)展开以及小波分析等方法,本文分析了中国东北地区夏季近十年间(1988-1999年)旬平均土壤湿度(0～50 cm层次)垂直分布结构的时空变化特征。结果表明,从区域分布来看,东北夏季土壤湿度的高值中心主要位于牡丹江流域和松嫩平原南侧,而从土壤水分的垂直分布特征来看,其湿润度绝大多数测站(除个别地区呈多峰态外)基本呈上干下湿,服从Weibull分布的单峰偏态型。各层土壤湿度在6月中旬和8月上旬变化最大,并存在以3 a为主的周期振荡。     

黑龙江初夏降水的主模态特征及其前兆海洋信号分析

基于NCEP/NCAR再分析资料, 采用EOF分解、滑动t检验、相关系数等方法对黑龙江省初夏降水及其前兆信号进行了诊断分析。结果表明, 黑龙江全省初夏降水距平的空间分布以总体一致型为主, 此外, 还呈现东西反向型。总体一致型模态时间系数在1993年前后有明显的突变点。分析突变点前后降水主成分与500hPa位势高度、200 hPa纬向风、850 hPa矢量风以及前期海温的关系, 发现在突变前后影响初夏降水的同期主要系统均为东北冷涡和高空西风急流轴, 但冬季(北半球, 下同)澳大利亚周边海温对初夏降水的影响在突变前后存在明显变化。突变前在澳洲西北部, 暖海温造成东亚南高北低环流, 东北冷涡强, 高空急流偏北; 突变后在澳洲东北部, 冷海温导致东亚“+, -, +”波列, 东北冷涡弱, 高空急流偏南。      

前期春季北太平洋海温异常与冬季北半球极涡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料,用EOF、相关分析等方法,分析了1960—2010年500 hPa和100 hPa等压面上北半球后冬(2月)极涡面积和前春(4月)北太平洋(20~60 °N,120 °E~120 °W)海表温度(SST)的变化特征,揭示了二者的时空联系。结果表明:近50 a来,(1)冬季北半球500 hPa和100 hPa极涡面积整体经历了先扩张后收缩的变化。春季北太平洋SST经历了先降低后升高的变化。其突变时间与500 hPa极涡面积的突变时间相近,均出现在1987年,且与后冬500 hPa大西洋欧洲大陆区(Ⅳ区)极涡面积相关更好。(2)春季北太平洋SST的EOF第一模态空间型表现为PDO,第二模态表现为三极子型,突变分别出现在1980s初期和中期。(3)北太平洋SST与500 hPa Ⅳ区极涡面积相关的空间分布表现为:当前期春季北太平洋中部海温异常偏高(低),南部和北部海温异常偏低(高),使得下一个冬季500 hPa Ⅳ区极涡面积的扩大(缩小),这种空间遥相关型对应着海温的第二模态。北太平洋海温异常以第一模态空间型居多,但是对后冬北半球极涡面积影响大的却是第二模态。(4)当前春北太平洋SST呈第二模态时,对应次年冬季中高纬度对流层温度"上冷下暖",极地东风和绕极西风环流加强,极涡面积偏大。     

中国雨季的气候学特征

利用全国740站日降水资料,采用多种统计学方法,对两湖流域雨季降水特征进行了分析。结果表明：(1)两湖流域年降水序列可分为5个阶段,其中主雨季从4月的第2候开始,持续到7月的第1候。两湖流域雨季较江淮梅雨来得早,持续的时间长。(2)雨季内以出现2个和3个主雨期模态的可能性较大。其中2个主雨期一般出现在5月上、中旬及6月中、下旬,这种模态在上世纪60年代、90年代表现明显;3个主雨期一般出现在4月中旬、5月中下旬到6月初与6月下旬至7月初,该模态在20世纪60年代后期至70年初、80年代中后期表现明显。(3)两湖流域雨季内降水的准双周(10~20 d)、30~60 d低频振荡现象明显。准双周振动在雨季中表现为5个波动,30~60 d振荡表现为3个完整的波动,波峰分别出现4月上旬、5月上旬及6月中旬,与其降水主模态有较好的对应关系。

     

河南省春季气候变化及其对小麦产量构成要素的影响

目前有关气候变化及其对农作物产量影响的研究较多,而对产量构成要素的影响研究相对较少.本文利用自然正交函数(EOF)分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法对河南省近30多年的气候和近20多年的小麦产量构成三要素--穗数、粒数、粒重进行了时空变化特征分析,在此基础上分析了春季气候变化对小麦产量及其构成要素的影响.结果表明全省春季平均气温、降水量、日照时数变化具有比较好的空间一致性,平均气温呈比较明显的上升趋势,降水呈不太明显的下降趋势,日照呈一定的下降趋势;小麦粒重和产量变化具有较好的空间一致性,而穗数、粒数则具有反位相空间变化特征,穗数、粒重及产量均呈明显的上升趋势,粒数呈抛物线变化趋势,其中1991年后呈明显上升趋势;平均气温的升温变化趋势有利于小麦粒重、穗数和最终产量的提高,但不利于粒数增加;降水变化趋势不利于粒重提高,对其他产量构成要素影响不明显;日照的变化对产量及各构成要素影响不明显.     

河南省春季气候变化及其对小麦产量构成要素的影响

目前有关气候变化及其对农作物产量影响的研究较多,而对产量构成要素的影响研究相对较少。本文利用自然正交函数(EOF)分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法对河南省近30多年的气候和近20多年的小麦产量构成三要素———穗数、粒数、粒重进行了时空变化特征分析,在此基础上分析了春季气候变化对小麦产量及其构成要素的影响。结果表明:全省春季平均气温、降水量、日照时数变化具有比较好的空间一致性,平均气温呈比较明显的上升趋势,降水呈不太明显的下降趋势,日照呈一定的下降趋势;小麦粒重和产量变化具有较好的空间一致性,而穗数、粒数则具有反位相空间变化特征,穗数、粒重及产量均呈明显的上升趋势,粒数呈抛物线变化趋势,其中1991年后呈明显上升趋势;平均气温的升温变化趋势有利于小麦粒重、穗数和最终产量的提高,但不利于粒数增加;降水变化趋势不利于粒重提高,对其他产量构成要素影响不明显;日照的变化对产量及各构成要素影响不明显。     

黔东南州近30年气温的时空变化特征

利用贵州省黔东南州16个地面气象站1971～2007年的气温资料,分析近30多年黔东南州气温的时空变化特征.结果表明:黔东南州1970年以来.整体呈升温趋势,且由北向南增温幅度逐渐加大;1990年开始异常偏暖,21世纪初达到最大;EOF分解的第一主分量表征了黔东南州全体一致的升温趋势;第二主分量发现在某些年份,以凯里～台江～榕江北部～黎平～锦屏为分界线,南北温度变化呈反相位趋势.